一.路灯管理和能耗现状
进入21世纪，“节能减排”成为我国的一项基本国策，备受瞩目。其中，照明节能是“节能减排”中非常重要的一环，在我国具有巨大的现实意义。传统照明带来大量二氧化碳等气体的排放，对于环境的影响也将越来越大，随着我国城市照明快速发展，上述问题还将更加突出，在照明用电中，路灯占有相当的份额，由于线路工作时间长，耗能非常之大，推广绿色照明势在必行。确保按时、按需点亮每一盏灯，并能有效地节省路灯的用电电量、延长灯泡的寿命、降低维护和管理的成本是现代效能型社会追求的目标。因此，探索和应用新型的绿色的照明供电方式，对于实现“十二五”节能减排目标以及“到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%－45%”的温室气体减排目标，意义十分重大。目前路灯管理和能耗现状如下：
灯具无法按需调节亮度
超负荷运行，增加电能消耗
灯具维护成本高
监控管理滞后
针对上述的缺点及道路照明监控系统研究现状中提到的不足，沃思智能科技,急领导之所急，想领导之所想，结合公司多年研发无线通信和路灯监控系统的经验，为城市道路照明开发出了一套更智慧化的路灯监控系统。
二.LORA无线单灯控制系统设计方案
（一）系统简介
无线单灯监控系统，主要应用了LORA无线技术来实现单灯控制、亮度调光、监控和管理功能。
系统通过LORA和GPRS的无线网络（无线物联网技术），在用户计算机上自动获得路灯的各种参数状态，实现了自动巡检，可以判别出路灯的故障状况、老化程度、亮灯状况，电网参数，有功、无功等各项指标。
实现了路灯的调光和按需亮灯功能，即该亮时亮、该暗时暗，并结合了最新的照明节电技术，可以节约城市路灯综合用电量的30%左右，节省人力物力（巡检费），可降低维护成本60%。同时，无线自动组网方式可以节约大量电线电缆和物资，且该方式不受天气和地形的影响，也保证了通讯的可靠性。
（二）建设原则
统一规划：从全市路灯管理系统的建设需求出发，统一规划设计，统一部署，各路段、各区分级联网管理，从而提高系统运行效率；
技术：采用主流的、技术构建系统平台，为城市数字化管理、应急联动指挥等提供业务支撑，通过无线远程控制方式，节约通信线路租赁费用；
面向应用：在路灯管理系统建设中以现实需求为导向，以有效应用为核心，以技术建设与工作机制的同步协调为保障，确保城市亮灯工程的稳定运行和高效使用；
稳定可靠：路灯管理系统是在原有路灯系统上做智能化改造，系统稳定性关乎整个城市亮灯工程的使用，系统采用的软硬件根据统一的规范、协议和要求选型，根据最新的标准规范，并经过具有相应资格的软件评测中心、产品检测中心的测试，质量达标，性能稳定，能够持续有效运行；
信息安全：构建信息传输专网，保证专网专用，安全畅通，社会监控资源通过互联网或VPN接入时，需采用严格的网络隔离和安全措施；不同专网之间，如公安视频专网与城管政府网之间也应采用严格的网络安全和隔离措施，确保各专网的信息安全；
良好的扩容：系统采用模块化按区域建设，城市化进程过程中建设的道路及亮灯工程科技按要求统一接入系统；
（三）系统结构
LORA与物联网无线通讯相结合方式：此系统主要LORA单灯控制器、LORA基站网关、物联网管理云平台及应用客户端/APP四部分组成。单灯控制器将采集路灯的实时状态数据，并将数据经LORA网关传输至云平台，云平台经过对数据的处理和分析与应用客户端、APP进行数据交互。同时客户端及APP可下发节能指令通过单灯控制器来控制路灯的开关与节能，从而达到照明智能控制。
LORA无线单灯控制系统，由以下四部分组成：
单灯控制器、LORA网关、物联网管理平台及应用客户端/APP四个部分组成。
1）LORA与ZIGBEE两种无线技术的优势对比
LORA技术具有远距离、低功耗（电池寿命长）、多节点、低成本的特性。
ZIGBEE技术具有近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的特性
LORA 是LPWAN通信技术中的一种，是美国SEMTECH公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。LORA是当前最成熟、稳定的窄带物联网通讯技术，一次组网终身不需缴费，LORA是物联网应用中的无线技术有多种，可组成局域网或广域网。LORA技术具有远距离、低功耗(电池寿命长)、多节点、低成本的特性。这些关键特征使得LORA技术非常适用于要求低功耗、距离远、大量连接以及定位跟踪等的物联网应用，如智能抄表、智能停车、车辆追踪、宠物跟踪、智慧农业、智慧工业、智慧城市、智慧社区等应用和领域。
ZIGBEE是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。ZIGBEE技术具有近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的特性。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
| LORA | ZIGBEE | |
| 组网方式 | 基于LORA终端和集中器/网关的系统可以支持测距和定位 | 基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议 |
| 内部部署方式 | 节点+网关 | 节点+网关 |
| 传输距离 | 远距离 （在建筑密集的城市环境可以覆盖2公里左右，而在密度较低的郊区，覆盖范围可达10公里。） | 距离相对短 （需要多个(尤其是大量)设备组成无线通信网络，它的传输距离在10-75M的范围内,但可以继续增加。） |
| 网关接入节点容量 | 网关是节点与IP网络之间的桥梁(通过2G/3G/4G或者ETHERNET)。每个网关每天可以处理500万次各节点之间的通信。 | ZIGBEE是一种无线自组网技术标准，需要十分复杂的应用层专用网关 |
| 传输速度 | 几百到几十KBPS，速率越低传输距离越长，这很像一个人挑东西，挑的多走不太远，少了可以走远。 | 根据不同频段，分别具有最高250KBIT/S、20KBIT/S和40KBIT/S的传输速率 |
| 频段 | 主要在全球免费频段运行，包括433、868、915 MHZ等。 | 可工作在2.4GHZ(全球流行)、868MHZ(欧洲流行)和915 MHZ(美国流行)3个频段上 |
| 适合领域 | 户外场景，LPWAN，大面积传感器应用，可搭私有网网络，蜂窝网络覆盖不到地方 | 常见于户内场景，户外也有，LPLAN，小范围传感器应用，可搭建私有网网络 |
（四）系统功能特点
LORA无线单灯控制系统具有友好的人机界面和完善的图形数据处理功能，方式灵活、简单。地理信息（GIS）图形处理系统使操作人员可以在屏幕上实现图形的缩放、平移、导航及各种监视、操作、修改和定义功能。整个系统具备的功能特点如下：
1）远程控制
系统根据不同类型的监控终端控制要求，采用时控（经纬度）和光控相结合的控制方案，自动、手动、遥控开/关终端，或按需开关；四遥功能：遥控，遥测，遥信，遥调；可根据操作人员要求，对终端进行分组设置，根据每个分组设置而实现不同的开关控制方案；
2）自动巡测
监控终端能按设定的时间周期自动进行定时巡测。也可随时手动巡测和选测各监控终端的运行情况。包括电压、电流、开关输出状态、亮灯率、各种开关量状态输入，并将数据保存到数据库；
3）报警处理
当监控终端主动报警或调度端在巡测时发现有数据异常时，自动发出语音报警、自动存盘并在地图上显示相应的位置和故障类型。可通过设定的手机号码，向有关人员短信报警。
4）自动计算和存储数据
根据现场运行电压、电流等参数能自动计算相应数据，耗电量、亮灯率等，系统能够自动记录所有采集数据，备份必须数据，提供备份方案。保证数据库正常运行；
5）独立运行
当指挥中心管理系统或通信线路发生故障时，终端会根据预先设定的程序自动运行，确保路灯的正常运行。
6）终端断电运行
监控终端内装有不间断电源，具有断电运行功能，能在供电线路断电、缺相时及时报警，使有关部门在第一时间获知并抢修。
7）远程实时查询
通过因特网，实现手机或便携式笔记本远程实时查询，查询内容包括各终端的最新以及历史数据和故障情况，实现异地远程接入访问。
8）业务接口对接
通过智慧城管系统对接实现与不同厂家系统间的集成对接，使系统建成后不受限于路灯系统生产厂家。主要含基础信息管理、亮化监控、电子地图展示、实时查看、统计分析、智能告警、案件处置、颜色匹配、控制平台集成等。并实现形成智慧城管案件转向业务受理系统进行案件的受理、立案、处置、结案流转；
9）查询打印
可以对各监控终端任意定时数据和年、月、日统计数据进行查询，显示的表格、曲线图、直方图均可打印；可以对历史故障进行查询和打印。
（五）主要产品介绍
A.LORA网关（型号：JCT-LD）
LORA网关是实现路灯单灯监控的重要硬件设备，它使用LORA无线技术和路灯管理器通信，与系统中心的通信可以使用GPRS/TCP/IP，同时采集单灯的电压、电流等数据，一般情况下，一个LORA可以管理直径3KM范围内的单灯。
技术参数：
| 工作电压 | AC220V |
| 额定功率 | 10W |
| 工作温度 | -45℃-85℃ |
| 范围限制 | 单个网关管理直径3KM范围内的单灯 |
| 外壳材质 | AP金属外壳，压铸铝防水盒 |
| 防雷等级 | 4KV |
| 防水等级 | IP65 |
| 安装方式 | 挂耳吊装灯杆上 |
| 产品重量 | 450G |
| 外形尺寸 | 130*90*50MM(长*宽*高) |
功能特点：
LORA技术，具有远距离、低功耗、多节点的特性；
以无线GPRS方式将终端设备连接系统后台实现远程控制；
可实现LORA转串口，LORA转网口和TCP/IP协议；
密封式设计，防尘防水；合金式外壳，抗摔抗老化；
数据接收传送稳定，抗干扰能力强；
实现多频点、多信道的同时接收，支持2/3/4G全网通通信
安装方式：
B.LORA单灯控制器（型号：JCT-LK）
LORA单灯控制器有单杆两路双盏灯和单杆一路单盏灯两种规格，区域内的路灯无线终端管理到每一盏灯，对电压、电流、功率因数、亮灯率进行监控。单灯设备内部加注密封胶，使设备具有良好的防水性，单灯控制器可内置在灯具中，也可外挂在灯杆检修口处，可分别满足路灯企业和工程企业的使用需求。
技术参数：
| 工作电压 | AC220V |
| 输出功率 | 500W |
| 环境温度 | -45℃-85℃ |
| 调光方式 | 0-10V/PWM |
| 输出回路 | 1路/2路（可选配） |
| 防雷等级 | 4KV |
| 防水等级 | IP65 |
| 安装方式 | 灯具内或灯杆检修口内 |
| 产品重量 | 320G |
| 外形尺寸 | 158*90*46MM(长*宽*高) |
功能特点：
3LORA技术，具有远距离、低功耗、多节点的特性；
单灯控制与检测、可实现分组、分类等组合控制
3 0-10V/PWM调光输出，支持LED调光控制
电流电压、有功无功因素等数据采集
异常开关灯、灯具故障、通讯失败等报警功能
适用于LED灯、高压钠灯、太阳能灯
具有系统管理软件和手机APP
安装方式：
单灯控制器可以安装在灯具内，或者灯杆的检修孔中，或者托盘中，或者独立的控制箱中。图2如何安装在灯具中，图3如何安装在灯杆检修口中。
1、 安装工具与材料
A. 安装产品使用的工具包括：电动手枪钻，斜口钳、剥线钳、绝缘胶布、安全手套、安全带（高空作业）、螺丝刀（十字、一字各一把）等。
2、 固定产品所需的材料
A、 螺钉、弹垫、垫片、卡片、双芯护套软线（芯线截面积1平方毫米）。
C.手机APP软件
显示系统时间，单灯总数量，单灯状态（在线，亮灯，故障），地图定位，终端设备的具体参数（三相电流电压，功率因数，亮度，电量因数），另外，可以个性化上传用户头像和名称，操作简便，管理协调，实用性强。
单灯系统管理软件为路灯管理部门的信息化建设提供了一套全面的解决方案。
路灯自动巡检模块：监控中心能对安装了路灯监控器的路灯进行自动巡检，查报故障并自动生成报修单；
路灯控制模块：能实时对安装了路灯监控器的路灯进行开、关、调节亮度等功能，或预设控制方案，使路灯按照预设方案进行亮灯。
设备管理模块：对灯杆、灯具、电线、控制箱、变压器、电表、开关、监控器等路灯设备实现计算机信息化管理，具有设备安装、报废、维修、更换、出入库等功能。
多媒体模块：具有图片库管理功能、使管理更具直观化、形象化和亲和化。
辅助分析模块：具有统计、报表、分析、查询、负荷计算、实时读表、用电分析、电缆长度计算等功能。
WEB信息发布模块：与网站实现无缝对接，进行远程管理的功能
D.物联网卡（型号：JCT-SIM）
LORA网关内置物联卡，可选用中国三大移动运营商的中国移动或者中国联通网络运营商的无线数据网络进行组网。由运营商提供的4G/3G/2G卡，硬件外观与普通SIM卡完全一样，加载针对智能硬件和物联网设备的专业化功能，采用专业号段和独立网元，满足智能硬件和物联网行业对设备联网的管理需求， 以及集团公司连锁企业的移动信息化应用需求。
（五）系统优势
节省成本：路灯管理器采用LORA无线通信技术，安装施工简易快捷，无需铺设专线, 模块化安装，可以系统自动检测生成故障报表。每个路灯只需要一个单灯控制器，每台网关可以管理直径范围2KM的单灯，节省了GPRS流量。不用改变既有的电力线架设和配电监控网络，一方面节省了人力物力；也保证了通讯的可靠性。
每天可进行自动通、断电操作；可保证工作日、节假日按不同的时间自动通、断电；可对用电设备进行分区、分线路管理。
监控灯具的开/关和亮度，从而可以显著延长灯具的有效寿命，减少灯具更换次数，节约资源。可以远程设置节点监控参数，实现节点的灵活监控。在后半夜车稀人少时，则监控路灯保持较低照度的照明（或者实行“半夜灯”调节监控）。这样做主要优点就是在调光的同时，也大幅降低了电耗，节约用电，同时还可以延长灯源寿命。
根据天气情况和实际光的照度，自动监控灯具的开/关和灯具的亮度，如在不好的天气时及时打开路灯，对于安装在桥下或隧道的路灯，路据实测光强，来自动以最佳的亮度打开路灯，提高公众满意度，在灾害天气使路灯更人性化。
通过系统中心设置，防止非授权人操作，确保系统监控安全可靠。依据采集数据情况，可判断终端设备运行状态情况。所有运行参数（自动通断电时间，区域划分）可在管理终端随时设置，随时启用，管理方便。
节能功效：路灯管理器带有节能模块，可以分时段进行调光，综合节电率可达30%。
告警信号反馈：根据用户需求，系统可设置紧急告警通过短消息方式发送给相关人员，方便管理人员及时处理。
